С появлением Телескопа Горизонта Событий (Event Horizon Telescope, EHT) у человечества появилась возможность заглянуть в самые потаенные уголки Вселенной — в область, непосредственно прилегающую к черным дырам. В 2022 году команда EHT представила миру сенсационные снимки Sgr A*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Эти изображения демонстрировали яркое кольцо, которое было интерпретировано как тень черной дыры, образованная искривлением пространства-времени.
Однако не все ученые разделяют эту точку зрения. Японские астрофизики под руководством Макото Миёси провели независимый анализ данных EHT 2017 года и пришли к неожиданному выводу. По их мнению, кольцо, запечатленное на снимках EHT, может быть всего лишь артефактом, вызванным несовершенством телескопа.
Это первое изображение Sgr A*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Это первое прямое визуальное доказательство присутствия этой черной дыры. Оно было получено с помощью телескопа Event Horizon Telescope (EHT) — системы, объединившей восемь существующих радиообсерваторий по всей планете в единый виртуальный телескоп размером с Землю.Автор: By EHT Collaboration Источник: commons.wikimedia.org
Вместо кольца Миёси и его коллеги увидели вытянутую структуру, ориентированную с востока на запад. Восточная часть этой структуры оказалась ярче западной, что, по мнению ученых, может быть следствием эффекта Доплера, возникающего при вращении аккреционного диска вокруг черной дыры.
PSF (грязный луч) и грязная карта данных за 7 апреля. На панели (a) представлена PSF, масштаб которой нормирован на высоту главного луча. На панели (b) показана грязная карта, полученная после калибровки по решениям первой самокалибровки (только фаза) с использованием модели точечного источника. Единица измерения — Дж пучка-1. Цитирование: Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, Junichiro Makino, An independent hybrid imaging of Sgr A* from the data in EHT 2017 observations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 534, Issue 4, November 2024, Pages 3237-3264, https://doi.org/10.1093/mnras/stae1158Автор: M. Miyoshi, Y. Kato and J. Makino Источник: academic.oup.com
На чем же основаны столь смелые выводы?
Ключевым аргументом японских астрофизиков является структура функции рассеяния точки (ФРТ) — характеристики телескопа, которая определяет его способность различать детали изображения. ФРТ EHT 2017 года оказалась крайне неоднородной, с выраженными боковыми лепестками, расположенными на расстоянии около 50 микросекунд дуги от основного пика. Именно этот размер совпадает с диаметром кольца, запечатленного на снимках EHT.
Окончательное изображение Sgr A*, полученное в результате процесса визуализации. На панели (a) показано изображение, свернутое с круговым гауссовым восстанавливающим лучом с HPBW, а на панели (b) — то же изображение, свернутое с круговым гауссовым восстанавливающим лучом с HPBW. Единица яркости — Дж пучка-1. Цитирование: Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, Junichiro Makino, An independent hybrid imaging of Sgr A* from the data in EHT 2017 observations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 534, Issue 4, November 2024, Pages 3237-3264, https://doi.org/10.1093/mnras/stae1158Автор: M. Miyoshi, Y. Kato and J. Makino Источник: academic.oup.com
Миёси и его коллеги показали, что такая структура ФРТ может создавать ложные кольцевые структуры даже при обработке данных, полученных от точечных источников или просто шума. Это ставит под сомнение надежность изображений EHT, особенно учитывая, что Sgr A* является крайне переменчивым объектом.
Сравнение восстанавливающего луча по умолчанию и изображения EHTC. Восстанавливающий луч по умолчанию представляет собой эллипс с и PA = 66,°6, который показан на панели в виде синего эллипса. Белый круг показывает восстанавливающий луч, используемый EHTC для создания своих изображений. Оригинальное изображение взято из рис. 3 в книге The Event Horizon Telescope (2022a). Цитирование: Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, Junichiro Makino, An independent hybrid imaging of Sgr A* from the data in EHT 2017 observations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 534, Issue 4, November 2024, Pages 3237-3264, https://doi.org/10.1093/mnras/stae1158Автор: M. Miyoshi, Y. Kato and J. Makino Источник: academic.oup.com
Интенсивность и структура Sgr A* меняется на масштабах часов и даже минут. Это создает серьезные трудности для РСДБ, поскольку для получения качественных изображений требуется, чтобы наблюдаемый объект оставался неизменным в течение длительного времени.
Показаны результирующие изображения кольца, полученные в результате моделирования (без кольца). На панели (a) показано фактически использованное u-v покрытие решетки EHT в 2017 году для наблюдений Sgr A*. На панели (b) показаны изображения из смоделированных данных. Левое изображение относится к моделируемым данным о точечных источниках, полученным с использованием обычной чистой (свертка лучей). Правое изображение — смоделированные шумовые данные, полученные с помощью преобразования Фурье (грязная карта). На панели (c) показаны модельные изображения кольца, используемые для самокалибровки. Верхнее изображение — это изображение кольца диаметром и шириной, которое получено методом очистки от смоделированной видимости. Нижнее изображение — изображение кольца EHTC. На панели (d) показаны чистые результаты, полученные из калиброванных наборов данных с помощью решений для самокалибровки. Синие круги на панелях обозначают область BOX, заданную ограничением поля очистки. Единицей интенсивности для всех изображений является Дж пучка-1. Цитирование: Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, Junichiro Makino, An independent hybrid imaging of Sgr A* from the data in EHT 2017 observations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 534, Issue 4, November 2024, Pages 3237-3264, https://doi.org/10.1093/mnras/stae1158Автор: M. Miyoshi, Y. Kato and J. Makino Источник: academic.oup.com
Команда EHT разработала специальный метод для учета переменности Sgr A*, однако, по мнению Миёси, этот метод основан на ряде предположений о физических свойствах объекта и не может гарантировать достоверность полученных результатов.
Изображения, полученные при изменении диаметра кольца. Изображения модели, использованные для самокалибровки, показаны на левых панелях. Ширина кольца фиксирована и равна, а полная плотность потока составляет 1 Дж. От (a) до (e) диаметры модели кольца составляют 30, 40, 50, 60 и, соответственно. Результирующие изображения, полученные на основе моделирования данных о точечных источниках, показаны на средних панелях, а изображения, полученные на основе моделирования шумовых данных, — на правых панелях. Контурами отмечены каждые 10 процентов от максимальной яркости на всех изображениях. Сплошные линии указывают на положительные значения, а пунктирные — на отрицательные. Синие круги на панелях указывают на область BOX, заданную ограничением поля чистоты. Размер восстанавливающего пучка составляет, а единица интенсивности для всех изображений — Дж пучка-1 Цитирование: Makoto Miyoshi, Yoshiaki Kato, Junichiro Makino, An independent hybrid imaging of Sgr A* from the data in EHT 2017 observations, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 534, Issue 4, November 2024, Pages 3237-3264, https://doi.org/10.1093/mnras/stae1158Автор: M. Miyoshi, Y. Kato and J. Makino Источник: academic.oup.com
На пути к истине
Японские ученые подчеркивают, что для получения надежных изображений окрестностей черных дыр необходимо увеличить количество станций EHT, чтобы обеспечить более полное покрытие u-v плоскости (пространства пространственных частот). Это позволит получать снимки с более высоким разрешением и уменьшить влияние ФРТ на результат.
Кроме того, авторы исследования отмечают, что для достоверной интерпретации данных EHT необходимо тщательно анализировать ФРТ и учитывать ее влияние на получаемые изображения.
Полученные Миёси и его командой результаты ставят под сомнение интерпретацию снимков Sgr A*, полученных EHT, и подчеркивают необходимость дальнейшего совершенствования методов РСДБ для изучения окрестностей черных дыр. Будущее покажет, насколько верны выводы японских астрофизиков, однако их исследование заставляет задуматься о том, что мы видим на захватывающих дух снимках EHT: тень черной дыры или искусную иллюзию, созданную нашим несовершенным инструментом познания?
